表观遗传模式确定蜜蜂幼虫是否成为蚁后或工人

伦敦玛丽皇后大学和澳大利亚国立大学的科学家们已经揭开了蜜蜂早期发育过程中营养变化如何导致成年人特征截然不同的问题。

女王和工蜂蜜几乎在基因上相同,但是作为幼虫饲喂不同的饮食。研究人员发现,基因组上的特定蛋白质模式在决定它们发展成为哪一种蛋白质模式中起着重要作用。

这些蛋白质,称为组蛋白,作为开关控制幼虫如何发育,饮食决定哪些开关被激活。他们发现女王发展得更快,工人发展途径从默认的女王发展计划中积极开启。

这种变化是由表观遗传学引起的 – 表观遗传学是一种动态的指令,存在于遗传信息的“顶部”,它编码和指导导致差异基因表达和工人或女王发育结果的事件程序。

该研究发表在基因组研究中,描述了蜜蜂中组蛋白模式的第一个全基因组图谱,以及生殖分工不同的同一性别生殖器之间的第一个。

蜜蜂也是非常重要的传粉媒介 – 所以了解它们的分子生物学,它们是如何发育以及调节它的机制至关重要。

第一作者,来自伦敦玛丽皇后大学的Paul Hurd博士说:“个体幼虫成为工人或女王的能力是由于基因在特定饮食中开启或关闭的方式;这决定了来自同一基因组的不同结果。“

“我们证明了皇后和工人具有特定的组蛋白模式,即使他们的DNA是相同的。这些蛋白质控制着生物体遗传物质的结构和功能方面,并且有能力确定基因组的哪个部分,何时必须是被激活以响应内部和外部的刺激。“

组蛋白具有小的化学标签或表观遗传修饰,通过允许接近DNA和基因,它们可以使它们与不具有不同作用的蛋白质不同。这使得相同的DNA能够以不同的方式表现,因为它包裹着具有不同化学(表观遗传)标签的组蛋白。

来自澳大利亚国立大学的共同作者Ryszard Maleszka教授补充说:“这项研究揭示的组蛋白修饰程度非常显着,超出了我们的预期。我们能够确定工人和女王基因组中重要差异的位置。”

表观遗传信息可以通过环境因素改变,包括饮食。在蜜蜂的情况下,皇后幼虫喂食蜂王浆,这是一种能够改变发育指令的强效物质。

赫德博士说:“将基因组视为一切可能的指导书,但表观遗传学是阅读这些指令的方式。表观遗传学是关于解释的,当然有许多不同的方法来解释这些指令,何时和回应什么。“

作者发现,一些最重要的表观遗传差异发生在蜜蜂基因组的不属于基因的区域。有史以来第一次确定了这些种姓特异性调节DNA区域,这些区域在制造女王或工人方面非常重要。

Maleszka教授说:“我们的研究结果很重要,因为蜜蜂和哺乳动物之间的表观遗传工具包的高度相似性使得这种熟悉的昆虫成为研究人类或其他哺乳动物无法解决的表观遗传调控的复杂性的宝贵系统。”

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